Fabrication and characterization of pcl-nha composite scaffolds by using non-solvent induced phase separation technique in bone tissue engineering

Dünya genelinde gerçekleşen yaygın yaralanmalardan biri olan kemik kırığı sakatlık ve sosyal üretkenlik kaybı ile ilişkili olup tedavi maliyetleri milyar doları aşmaktadır. İyi tasarlanmış doku iskele implantları, etkili iyileşme ile sonuçlandığı bilinen kemik dokusu mühendisliğinde etkili olmaktadır. İdeal bir kemik iskelesi biyolojik olarak uyumlu, gözenekli ve gözeneklerin birbirine bağlı olduğu bir yapıda çok işlevli olmalıdır. Bu nedenle, çok ölçekli gözeneklere sahip olan kompozit malzemeler istenen iskele özellikleri olarak öne çıkmaktadır. Katı serbest formlu imalat (SFF) teknikleri, spesifik kemik kusurlarına atfedilebilen mekanik ve biyolojik fonksiyonlarla mevcuttur. Bununla birlikte, doğal kemiklerin hiyerarşik yapısını daha fazla taklit etme potansiyellerine rağmen, literatürde makro-mikro gözenekli iskeleler oluşturmak için yeterli sayıda çalışma mevcut değildir. Çoğunlukla membranların imalatı için literatürde kullanılan, çözücü olmayan kaynaklı faz ayırma tekniği (NIPS), farklı ölçeklerde istenen ayarlanabilir gözeneklere sahip iskeleler üretebilen ve 3D baskıya entegre olma potansiyeli olan etkili bir tekniktir. Bu amaca yönelik olarak, bu tez gözenek morfolojisinin derinlemesine bir incelemesine ve bunun gözenekli poli (ε-kaprolakton) (PCL) / hidroksiapatit (HA) bileşiklerinin NIPS işlemini kullanarak çeşitli kalınlıklardaki bileşimine bağımlılığına odaklanmaktadır. Daha spesifik olarak, bu çalışmanın amacı, NIPS'e dayanan çeşitli nHA içeriğine (ağırlıkça% 0, 10,% 20) ve kalınlığa (800-900 ve 1600-1800 mikron) sahip PCL-nHA kompozit gözenekli iskeleleri üretmek ve karakterize etmektir. Bunlara ek olarak, bu tez kapsamında, bu metot sonucu elde edilen solüsyonun 3D baskıya entegre edildiğinde 3D iskeleler üretme potansiyelinin anlaşılması amaçlanmıştır. PCL konsantrasyonunun, nHA içeriğinin ve iskele kalınlığının iskele gözenekliliği ve iskelenin morfolojik özelliklerine (gözenek büyüklüğü ve dağılımı, gözenek yönü ve genel gözeneklilik) etkileri incelenmiştir. Üretilen substratların iç mikro yapısı mikro-CT ile analiz edilmiş ve yüzey-porozite analizi ve mikro-CT sonuçlarının doğrulanması için SEM analizi kullanılmıştır. Gözenek büyüklüğünün dağılması, genel gözeneklilik ve gözeneklerin yöne bağımlılığı, mikro-CT görüntüleri ve CTAnalyzer yazılımı kullanılarak değerlendirildi. Çözümün viskozitesini ve sonuçta ortaya çıkan kompozitin gücünü analiz etmek için reolojik analiz ve UTM testleri de yapıldı. Yapı iskelelerinin atomik kompozisyon değerlendirmesi EDS ile yapılmıştır. Kemik mineral yoğunluğu (Hidroksiapatit miktarının tespiti) ölçümü, mikro-CT ile hesaplandı. Film yapı iskelelerinin analizine ek olarak, NIPS işlemi, kontrollü makro gözenekliliğe sahip 3D yapı iskelelerinin üretimi için kullanımına yönelik ilk adım olarak ticari bir bioprinter kullanan bir 2D bağlantı birbirine bağlanmış yapı iskelesi katmanları üretmek için kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar iskele kalınlığının ve nHA ilavesinin hem gözenek çapını arttırdığını göstermiştir. Micro-CT ve SEM analizleri, çeşitli nHA içeriğine sahip PCL-nHA yapı iskelelerinin mikro (<50 mikron) ve makro (> 50 mikron) ölçeğinde çok ölçekli gözeneklere sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, kalınlık artışının gözenek boyutunu arttırdığı, PCL konsantrasyonunun artışının gözenek boyutunu ve genel gözenekliliği azalttığı görülmüştür. nHA ilavesi, genel gözeneklilik, daha büyük gözenek boyutu, daha yüksek gözenek ağının oryantasyonuna (anizotropi) yol açan eşik değere kadar daha yüksek mukavemet ve daha düşük viskozite ile bağlantılıdır. SEM görüntüleri, kesitte mikro CT tarafından elde edilen ve yüzeyde homojen olmayan bir gözeneklilik ve hem film yapıların hem de 2D ızgara iskelenin kesitlerinde daha homojen bir gözeneklilik dağılımı sergileyen gözenek büyüklüğü dağılım sonucunu teyit etmektedir. Tezin ikinci kısmında, yüzey modifikasyonlarının yapılması için iskeleler yüzey hidrofilisitesini arttırmak için iCVD yoluyla hücre tutunumuna yardımcı olduğu bilinen p (HEMA-ko-EGDMA) ile kaplandı. FTIR ve elipsometre sonuçları, iskele yüzeyinin başarıyla kaplandığını ve temas açısı ölçümü de hidrofilik yüzeyin elde edildiğini göstermiştir.